8.1: Introducción a la química nuclear
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¿Qué es una reacción nuclear?
A diferencia de las reacciones químicas que involucran electrones de valencia, las reacciones nucleares implican cambios en el núcleo de un átomo, como se muestra en la Fig. 8.1.1.
Las reacciones nucleares implican cambios en el núcleo de un átomo. Una reacción nuclear puede resultar en uno o más de los siguientes: i) conversión de un átomo a su isótopo o a un átomo de otro elemento, ii) conversión de masa en energía o viceversa, y iii) liberación de radiaciones nucleares.
Aunque las reacciones nucleares son menos numerosas que las reacciones químicas, son esenciales en muchos aspectos, por ejemplo, son la fuente de energía en el sol y las estrellas y la síntesis de elementos en el universo. Las reacciones nucleares se están volviendo esenciales en la vida humana en forma de producción de electricidad a partir de centrales nucleares, fuente de radioisótopos para imágenes médicas para visualizar órganos y diagnosticar enfermedades, para tratar tumores y células cancerosas, como se muestra en la Fig. 8.1.2.
Nomenclatura nuclear y símbolos
Nucleoide
Nucleoide es otro nombre para el núcleo de un átomo, que a menudo se usa en la química nuclear
L a composición de un nucleoide está representada por el mismo símbolo que representa los isótopos de elementos, ya que\(\ce{^{A}_{Z}X}\), where \(\ce{X}\) is the element symbol, Z is the number of protons, and A is the number of protons and neutron in the nucleus. For example, carbon exists as a mixture of \(\ce{^12_6C}\), and \(\ce{^13_6C}\) isotopes. El nombre del elemento, seguido del número de nucleones separados por un guión, es otra forma de representar un nucleoide. Por ejemplo, el carbono-12, el carbono-13 y el carbono-14 representan los nucleoides de carbono que tienen 6 protones cada uno, pero 6, 7 y 8 neutrones, respectivamente. Del mismo modo, el hidrógeno existe como una mezcla de\(\ce{^1_1H}\), \(\ce{^2_1H}\), and \(\ce{^3_1H}\), that can also be represented as hydrogen-1, hydrogen-2, and hydrogen-3, respectively.
Los protones y neutrones también se llaman nucleones.
Reacción nuclear
Una reacción nuclear es un proceso en el que dos núcleos, o un núcleo y una partícula subatómica externa, colisionan para producir uno o más nucleidos nuevos.
La reacción nuclear es una reacción que involucra nucleoides. El nucleoide reactivo, llamado nucleoide parental, generalmente se transforma en un nucleoide diferente llamado nucleoide hijo. El nucleoide hijo puede ser un isótopo del nucleoide parental, o puede ser un elemento diferente. La conversión de un isótopo a otro isótopo del mismo o de un elemento diferente es una reacción nuclear que se denomina transmutación o transformación nuclear, como se muestra en la Fig. 8.1.3.
Radiaciones nucleares
La radiación o radiactividad nuclear son las partículas y la energía que emite el núcleo durante una reacción nuclear.
La reacción nuclear va acompañada de la emisión de radiaciones nucleares incluyendo tradiciones electromagnéticas de alta energía llamadas rayos gamma (\(\ce{\gamma}\)rayos), partículas subatómicas como electrones, positrones, protones, neutrones, o un núcleo pequeño, como las\(\ce{^4_2He^2+}\) llamadas partículas alfa (\(\ce{\alpha}\)-partículas). Las radiaciones nucleares son radiaciones ionizantes, es decir, pueden derribar electrones de los átomos con los que entran en contacto.
Los nucleoides que son capaces de desintegrarse espontáneamente, provocando la emisión de radiación nuclear, se denominan radiactivos.
El proceso de emisión de radiación nuclear por una desintegración espontánea de nucleoides radiactivos se denomina radiactividad, como se ilustra en la Fig. 8.1.4.
Las radiaciones nucleares incluyen rayos gamma (\(\ce{\gamma}\)rayos), partículas alfa (\(\ce{\alpha}\)partículas), partículas beta (\(\ce{\beta}\)partículas), neutrones (n) y positrones (\(\ce{\beta^+}\)partículas).
Los rayos gamma son radiaciones electromagnéticas que no tienen masa y tienen una energía superior a la de los rayos X. El símbolo\(\ce{\gamma}\)\(\ce{_{0}^{0}\gamma}\), o\(\ce{\gamma}\) rayo representa un rayo gamma.
Las partículas alfa (\(\ce{\alpha}\)-partículas) son núcleos de helio con dos protones, dos neutrones, y sin electrones, es decir,\(\ce{^4_2He^2+}\). Las\(\ce{\alpha}\) -partículas también se representan como\(\ce{^4_2He}\) o Helio-4.
Las partículas beta (\(\ce{\beta}\)-partículas) son electrones de movimiento rápido que tienen número atómico -1, carga -1 y masa insignificante. El símbolo\(\ce{\beta}\),\(\ce{\beta^{-}}\),\(\ce{_{-1}^{0}\beta}\), o\(\ce{_{-1}^{0}{e}}\) también representa una partícula β.
Los positrones son antipartículas de electrones, es decir, tienen la misma masa pero carga opuesta a la de un electrón. El símbolo\(\ce{+\beta}\),\(\ce{\beta^{+}}\),\(\ce{_{+1}^{0}\beta}\), o\(\ce{_{+1}^{0}{e}}\) representa un positrón.